DE10211467A1

DE10211467A1 - Nockenwellerversteller

Info

Publication number: DE10211467A1
Application number: DE10211467A
Authority: DE
Inventors: Jens Plank; Peter Schmidt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-25
Also published as: US20050056245A1; EP1485579B1; DE50311918D1; JP2005530077A; US7011059B2; WO2003078803A1; EP1485579A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller mit einem mit der Nockenwelle rotierenden 4/2-Wegeventil, dessen hydraulischer Steuerkolben in einem Steuerzylinder zwischen zwei Endanschlägen durch einen Magnetanker eines an einem Steuergehäuse befestigten Elektromagneten entgegen der Kraft einer Druckfeder betätigt wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Elektromagnet ein drückender Proportionalmagnet ist, dessen Magnetanker fest auf einem Ankerstößel sitzt, der durch einen Polkern hindurch geführt ist und mit einer freien Stirnfläche am Steuerkolben oder einem mit diesem fest verbundenen Teil anliegt, wobei die Druckfeder den Steuerkolben an seinem dem Elektromagneten abgewandten Ende belastet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 196 11 365 ist ein gattungsbildender Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine bekannt, der an einem Ende einer Nockenwelle mittels einer zentralen Spannschraube befestigt ist. Der Nockenwellenversteller besitzt ein äußeres Teil, das über ein Kettenzahnrad angetrieben wird und seinerseits ein inneres Teil antreibt, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Drehwinkellage des äußeren Teils relativ zum inneren Teil kann hydraulisch verstellt werden. Hierzu dient ein elektromagnetisch betätigtes Steuerventil, dessen Steuerkolben in einem Steuerzylinder axial verschiebbar geführt ist. Der Steuerzylinder ist in der zentralen Spannschraube integriert. Der Steuerkolben ragt mit einem Zapfen aus dem Steuerzylinder heraus. Auf dem freien Ende des Zapfens sitzt ein Magnetanker eines Elektromagneten, dessen Magnetgehäuse zusammen mit einem Magnetflansch an einem Steuergehäusedeckel einer Brennkraftmaschine angeschraubt ist. In dem Magnetgehäuse befindet sich eine Magnetspule, in deren zentralen Spulenraum der mit der Nockenwelle rotierende Magnetanker axial verschiebbar geführt ist.

Zum einwandfreien Betrieb des Nockenwellenverstellers muss der Elektromagnet radial zum Magnetanker ausgerichtet werden. Dies erfordert bei der Elektromagnet-Montage eine Ausrichtung des Elektromagneten zum Steuerkolben der zentralen Spannschraube unter Zuhilfenahme eines Zentrierwerkzeugs. Daraus resultiert ein erhöhter Fertigungsaufwand am Elektromagneten und am Steuerschieber. Des Weiteren treten Probleme bei der automatisierten Elektromagnet Montage auf.

Bedingt durch die Zuordnung des Magnetankers zur zentralen Spannschraube muss zur Kompensation diverser Toleranzen ein relativ großer Luftspalt zwischen Magnetanker und Elektromagnet vorgesehen werden. Dieser Luftspalt führt zu einem relativ niedrigen Wirkungsgrad des Magneten, welcher sich insbesondere bei niedrigen Öltemperaturen negativ auf das Ansprechverhalten des Steuerventils und somit auch auf die Funktion des Nockenwellenverstellers auswirkt.

Durch die Aufteilung des Magnetankers und des Elektromagneten in zwei Bauteile besteht nicht die Möglichkeit den Ventilantrieb als komplette Einheit zu prüfen, was zu einem erhöhten Fertigungsaufwand bei der Elektromagnet bzw. Magnetanker-Produktion führt.

Außerdem ist aus der DE 199 55 507 A1 ein Nockenwellenversteller bekannt, bei dem die zentrale Spannschraube stirnseitig an der Nockenwelle angeformt ist. Auf ein Gewindeteil am Ende der Spannschraube wird eine Mutter aufgeschraubt, mit der der Nockenwellenversteller an der Nockenwelle gehalten wird. Die angeformte Spannschraube, in der ein Steuerzylinder eines 4/2-Wegeventils integriert ist, kann zusammen mit der Nockenwelle bearbeitet werden, so dass Fertigungstoleranzen zwischen der Nockenwelle, der Spannschraube und dem Steuerzylinder leichter eingehalten werden können. Dennoch ist die Fertigung aufwändig, da die Nockenwelle mit der angeformten Spannschraube ein komplexes Bauteil darstellt und das Spaltmaß zwischen dem Steuerzylinder und dem Steuerkolben im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Elektromagneten möglichst klein sein soll. Ferner wird vorausgesetzt, das die Nockenwelle einen einwandfreien Rundlauf besitzt und der Magnetanker und der Elektromagnet genau zentriert sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mittel die Elektromagnet-Montage und das Ansprechverhalten des Steuerventils und somit auch die Funktion des Nockenwellenverstellers zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung sitzt der Magnetanker fest auf einem Ankerstößel, der mit einer freien Stirnfläche am Steuerkolben oder einem mit diesem fest verbundenen Teil lose anliegt. Die Funktion des Elektromagneten kann unabhängig vom 4/2-Wegeventil, z. B. vor der Montage, geprüft werden. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird erreicht, dass zwischen dem Magnetanker und dem Steuerkolben durch Fertigung oder Montagefehler keine Zwangskräfte auftreten, so dass in allen Betriebsbereichen, selbst bei extrem unterschiedlichen Temperaturen minimale Reibverluste auftreten. Ferner wirkt sich das Spaltmaß zwischen dem Steuerzylinder und dem Steuerkolben nicht auf den Luftspalt zwischen dem Magnetanker und der Magnetspule aus, so dass bei einem geringen Fertigungsaufwand kleine Luftspalte realisiert werden können. Durch diese Maßnahmen steht die volle Leistung des Druckmagneten für die Stellbewegung des Steuerkolbens zur Verfügung, wodurch selbst bei niedrigen Temperaturen von etwa -20°C ein schnelles Ansprechverhalten des Steuerventils und damit des Nockenwellenverstellers erzielt wird. Durch die Abkopplung des Magnetankers von der Rotation der Nockenwelle, die über die Kontaktflächen zwischen dem Ankerstößel und dem Zapfen des Steuerkolbens nicht oder zumindest nicht nennenswert übertragen wird, spielt eine Unwucht oder ein ungenügender Rundlauf des Magnetankers keine entscheidende Rolle mehr.

Um einen Winkelversatz zwischen der Längsachse des Magnetankers und des Ankerstößels einerseits zur Längsachse des Steuerschiebers andererseits besser ausgleichen zu können, ist es zweckmäßig, dass mindestens eine der Kontaktflächen zwischen dem Ankerstößel einerseits und dem Steuerkolben bzw. dem Zapfen andererseits konvex ausgebildet ist. Gleichzeitig werden dadurch die Kontaktflächen verkleinert, so dass eine Drehmomentübertragung durch Schlupf kaum möglich ist.

Der Elektromagnet ist als Proportionalmagnet mit einem Polkern ausgebildet, der insbesondere zur Leitung des Magnetflusses vorgesehen ist und durch den der Ankerstößel hindurch geführt ist. Wird die Magnetspule des Elektromagneten bestromt, legt sich der Ankerstößel an den Zapfen des Steuerkolbens an und verschiebt diesen entsprechend der Stromstärke entgegen der Kraft der Druckfeder, die von der entgegengesetzten Seite auf den Steuerkolben wirkt. Der Magnetanker und der Ankerstößel können zweckmäßigerweise in dem inneren Spulenraum der Magnetspule und/oder in dem topfförmigen Teil des Magnetflansches axial verschiebbar geführt werden. Ferner kann der Elektromagnet so angesteuert werden, dass der Steuerkolben keine Zwischenstellungen einnimmt, sondern im bestromten Zustand des Elektromagneten die eine Endlage einnimmt und im unbestromten Zustand durch die Druckfeder in die andere Endlage verstellt wird. Um einen ausreichenden Freiheitsgrad für die axiale Ausrichtung des Elektromagneten zu erhalten, verfügt dieser im Vergleich zum Arbeitshub des Steuerkolbens über einen größeren Arbeitshub.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt, einen schematisch gehaltenen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller.
Eine Nockenwelle 11 ist in einer Gehäusewand 12 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine drehbar gelagert. An ihrem Ende ist ein Nockenwellenversteller 10 mittels einer zentralen Spannschraube 16 befestigt, die in die Nockenwelle 11 eingeschraubt ist. Der Nockenwellenversteller 10 besitzt ein Innenteil 13 und ein Außenteil 14, wobei das Innenteil 13 drehfest mit der Nockenwelle 11 verbunden ist, während das Außenteil 14 zum Antrieb ein Kettenzahnrad 15 aufweist. Das Innenteil 13 kann hydraulisch um einen Drehwinkel relativ zum Außenteil 14 verstellt werden. Ein hydraulischer Verstellmechanismus, der im Einzelnen nicht dargestellt ist, kann in der Weise ausgeführt werden, wie er in der DE 196 54 926 C2 oder der DE 198 17 319 A1 beschrieben ist.
Das hydraulische Druckmedium wird dem hydraulischen Stellmechanismus über ein 4/2-Wegesteuerventil zugeführt, dessen Steuerkolben 18 axial verschiebbar in einem in der Spannschraube 16 integrierten Steuerzylinder 17 angeordnet ist. Dieser besitzt Steuerbohrungen 22, 23, die vom Steuerkolben 18 gesteuert werden, und über die das Druckmedium zum und vom hydraulischen Stellmechanismus geleitet wird. Zur Steuerung besitzt der Steuerkolben 18 Steuernuten 19, 20 und 21, über die die Steuerbohrungen 22, 23 je nach Stellung des Steuerkolbens 18 mit nicht näher dargestellten Druckleitungen bzw. Entlüftungskanälen verbunden werden. Die Endlagen des Steuerkolbens 18 werden durch axiale Anschläge 26 im Steuerzylinder 17 begrenzt.
Der Steuerkolben 18 ist an dem der Nockenwelle 11 zugewandten Ende durch eine Druckfeder 24 belastet, die ihn mit einer gegebenen Vorspannung gegen einen Endanschlag 26 im Steuerzylinder 17 drückt. Am entgegengesetzten Ende besitzt der Steuerkolben 18 einen Zapfen 25, der an dem Steuerkolbens 18 angeformt ist und aus dem Steuerzylinder 17 ein Stück herausragt. Ein drückender Proportionalmagnet, ein so genannten Druckmagnet 28 betätigt den Steuerkolben 18. Er besitzt einen Ankerstößel 34, auf dem ein Magnetanker 33 befestigt und in einem Spulenraum 37 einer Magnetspule 31 axial verschiebbar geführt ist. Wird die Magnetspule 31 über einen elektrischen Anschluss 32 bestromt, bewegt sich der Magnetanker 33 im Magnetfeld der Magnetspule 31 auf einen topfförmigen Polkern 36 eines Magnetflansches 30 zu. Dabei legt sich der Ankerstößel 34 stirnseitig an den Zapfen 25 des Steuerkolbens 18 und verstellt diesen entsprechend der Bestromung der Magnetspule 31 entgegen der Kraft der Druckfeder 24 bis maximal zu einem Endanschlag 35.
Ferner kann es zweckmäßig sein, dass mindestens eine der Kontaktflächen zwischen dem Ankerstößel 34 und dem Zapfen 25 konvex ausgebildet ist, so dass an der Kontaktstelle bei einer Winkelabweichung zwischen der Längsachse des Ankerstößels 34 und des Steuerkolbens 18 an der Kontaktstelle keine Kippmomente entstehen und Drehbewegungen übertragen werden. Durch die lose Verbindung zwischen dem Ankerstößel 34 und dem Zapfen 25 wird die Reibung zwischen dem Steuerkolben 18 und dem Steuerzylinder 17 und zwischen dem Magnetanker 33 sowie dem Ankerstößel 34 und den zugehörigen Führungen minimiert, so dass das Ansprechverhalten des Steuerventils optimal ist und auch bei niedrigen Temperaturen eine Verstellung der Nockenwelle 11 zulässt. Das Magnetgehäuse 29 und der Magnetflansch 30 sind an einem Steuergehäusedeckel 27 angeschraubt und mittels eines Flächendichtmittels abgedichtet.

Claims

1. Nockenwellenversteller mit einem mit der Nockenwelle rotierendem 4/2-Wegeventil, dessen hydraulischer Steuerkolben in einem Steuerzylinder zwischen zwei Endanschlägen durch einen Magnetanker eines an einem Steuergehäuse befestigten Elektromagneten entgegen der Kraft einer Druckfeder betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet ein drückender Proportionalmagnet ist, dessen Magnetanker (33) fest auf einem Ankerstößel (34) sitzt, der durch einen Polkern (36) hindurch geführt ist und mit einer freien Stirnfläche am Steuerkolben (18) oder einem mit diesem fest verbundenen Teil (25) anliegt, wobei die Druckfeder (24) den Steuerkolben (18) an seinem dem Elektromagneten (28) abgewandten Ende belastet.

2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerstößel (34) an der Stirnfläche eines Zapfens (25) anliegt, der am Steuerkolben (18) angeformt ist und aus einem Steuerzylinder (17) heraus ragt.

3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (28) über einen im Vergleich zum Arbeitshub des Steuerkolbens (18) größeren Arbeitshub verfügt.

4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kontaktflächen zwischen dem Ankerstößel (34) einerseits und dem Steuerkolben (18) bzw. Zapfen (25) andererseits konvex ausgebildet ist.